一種半開式葉輪離心泵的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種葉輪離心栗，特別適用于各種上面級火箭發(fā)動機渦輪栗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)目前我國航天發(fā)射任務(wù)發(fā)展需要，上面級火箭發(fā)動機要求渦輪栗性能高、質(zhì)量輕，需研制適用于小流量、高揚程的低比轉(zhuǎn)速栗。該應(yīng)用領(lǐng)域離心輪通常設(shè)計為閉式葉輪結(jié)構(gòu)，而上面級火箭發(fā)動機對渦輪栗提出了高性能、高轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)計要求，如果仍采用閉式葉輪離心栗，則存在以下不利因素:
[0003]I)上面級發(fā)動機渦輪栗轉(zhuǎn)速較高，某型渦輪栗轉(zhuǎn)速可達到60000r/min，如果采用閉式葉輪(比半開式葉輪多一個前蓋板)，則其圓盤摩擦損失將大幅增加。
[0004]2)上面級發(fā)動機要求渦輪栗結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕，如果采用閉式葉輪，必須設(shè)置復(fù)雜的葉輪前、后密封，必然占據(jù)更多的軸向和徑向空間，裝配將變得復(fù)雜，不利于渦輪栗小型化設(shè)計。
[0005]3)上面級發(fā)動機渦輪栗為低比轉(zhuǎn)速栗，結(jié)構(gòu)尺寸小，傳統(tǒng)設(shè)計方法離心輪流道寬度十分狹窄，葉片出口寬度小，如果采用閉式葉輪，產(chǎn)品加工上通常采用將前蓋板與葉輪焊接成型的工藝方法，該方法容易使焊料在流道內(nèi)漫流堆積，栗流道結(jié)構(gòu)偏離設(shè)計要求，導(dǎo)致性能偏離設(shè)計值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種半開式葉輪離心栗，它克服了一般閉式葉輪離心栗應(yīng)用于上面級火箭發(fā)動機渦輪栗帶來的不利因素，具備高性能、小型化、輕質(zhì)化的特點，還可實現(xiàn)栗性能的調(diào)整。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案為:
[0008]本發(fā)明所提供的一種半開式葉輪離心栗，包括誘導(dǎo)輪1、離心輪2、栗進口管3、螺母
4、橡膠密封圈5、墊片6及栗殼體7。
[0009]其特殊之處在于:離心輪2為半開式結(jié)構(gòu)，離心輪2前設(shè)置誘導(dǎo)輪I，栗進口管3套裝于誘導(dǎo)輪I的外側(cè)，栗進口管3的端面與離心輪2葉片葉頂端面組成葉頂間隙。所述墊片6位于栗進口管3與栗殼體7之間，實現(xiàn)對葉頂間隙大小的控制。螺母4與栗殼體7采用螺紋連接方式，通過擰緊螺母4壓緊栗進口管3進行軸向定位。栗進口管3與栗殼體7之間通過徑向壓縮橡膠密封圈5進行密封。
[0010]以上為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，基于該基本結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還作出以下優(yōu)化限定:
[0011]進一步的，本發(fā)明的離心輪2的葉片為單圓弧直葉片、誘導(dǎo)輪I為等螺距結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)限定使零件結(jié)構(gòu)簡單，更易于加工，有利于實現(xiàn)離心栗的小型化。
[0012]再進一步的，本發(fā)明的離心輪2的葉片出口寬度比理論計算葉片出口寬度增大1.5?2倍;離心輪葉頂間隙不大于0.8mm。該結(jié)構(gòu)限定有助于提高了小型高速半開式離心栗的性能:通過增大葉片出口寬度的設(shè)計方法，既提高栗的理論揚程、也減小了離心輪內(nèi)的附面層損失。小葉頂間隙不但減小了間隙內(nèi)二次流動損失，還減小了栗前容積損失。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0014]本發(fā)明半開式葉輪離心栗，結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、性能高，可大幅提高渦輪栗整體性能，具體是:
[0015]I)結(jié)構(gòu)緊湊
[0016]由于半開式葉輪無前蓋板，就省去了栗前密封凸臺，這使離心輪的軸向長度縮小，轉(zhuǎn)動軸系總長度減小約3%。
[0017]現(xiàn)有離心栗進口管(或者前蓋板)與栗殼體普遍設(shè)計為法蘭一螺栓連接結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用的螺母與栗殼體螺紋連接，通過擰緊螺母壓緊栗進口管進行定位，簡化了該部位連接結(jié)構(gòu)，減少了零件數(shù)量，且更易于裝配。
[0018]現(xiàn)有離心栗進口管(或者前蓋板)與栗殼體之間的密封普遍設(shè)計為軸向壓縮密封墊的結(jié)構(gòu)，不僅占用更多軸向空間，且受到栗進口管與栗殼體裝配過程軸向壓緊質(zhì)量(包括壓縮量、沿周向壓緊均勻性)影響，密封性能不易保證。本發(fā)明采用栗進口管與栗殼體之間通過徑向壓縮橡膠密封圈進行密封，既縮短了軸向長度，且橡膠密封圈的壓縮量由栗進口管及栗殼體尺寸保證，不受裝配質(zhì)量影響，密封性能更加可靠。
[0019]以上均使栗結(jié)構(gòu)更為簡單、緊湊，縮短了軸長度，使轉(zhuǎn)子剛性增強，工作可靠性提尚O
[0020]2)栗性能可調(diào)
[0021]葉頂間隙是影響半開式葉輪性能的重要參數(shù)，本發(fā)明采用葉頂間隙可調(diào)式結(jié)構(gòu)(栗進口管與栗殼體之間設(shè)置墊片)，結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，實現(xiàn)了栗性能可調(diào)，可滿足不同發(fā)動機對渦輪栗性能要求，顯著提高了產(chǎn)品性能適應(yīng)性。
[0022]3)栗性能高
[0023]增大葉片出口寬度:本發(fā)明的離心輪的葉片出口寬度比理論計算葉片出口寬度增大1.5?2倍，一方面提高了栗的理論揚程(比一般寬度葉片的揚程約提高20%)，減小了葉輪直徑，從而降低了圓盤摩擦損失；另一方面，由于流道加寬，減小了離心輪內(nèi)的附面層損失。
[0024]小葉頂間隙:對半開式離心栗，葉輪葉頂間隙對栗性能影響較大，葉頂間隙越小，栗性能越高，反之則越低。為避免葉輪發(fā)生刮蹭，普通設(shè)計的半開式離心栗葉頂間隙一般相對較大，約為3?10mm。本設(shè)計采用了小葉頂間隙結(jié)構(gòu)，設(shè)計葉頂間隙小于0.8mm，小葉頂間隙不但減小了間隙內(nèi)二次流動損失，也減小了栗前容積損失。
[0025]將本發(fā)明應(yīng)用于某上面級發(fā)動機渦輪栗裝置，與傳統(tǒng)設(shè)計的閉式葉輪離心栗相比，具有以下優(yōu)勢:
[0026]I)性能適應(yīng)性更強:利用半開式葉輪離心栗葉頂間隙大小可影響栗性能這一特性，所設(shè)計栗結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)葉頂間隙可調(diào)整，從而實現(xiàn)栗性能可調(diào)。
[0027]2)發(fā)動機起動加速性更高:由于半開式葉輪圓盤摩擦損失小，起動時摩擦力矩小，同時結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)子軸系(包括栗、軸)質(zhì)量相比閉式葉輪較小了 0.5kg，使得轉(zhuǎn)動慣量小，渦輪栗的起動加速性(T9q為0.28s)比采用閉式離心栗的同推力量級發(fā)動機渦輪栗加速性(T90為0.8s)顯著提高。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，其中1-誘導(dǎo)輪、2-離心輪、3-栗進口管、4-螺母、5-橡膠密封圈、6-墊片、7-栗殼體。
【具體實施方式】
[0029]如圖1所示，本發(fā)明為小型高速高性能半開式葉輪離心栗，包括誘導(dǎo)輪1、離心輪2、栗進口管3、螺母4、橡膠密封圈5、墊片6、栗殼體7。離心輪2半開式結(jié)構(gòu)，離心輪2前設(shè)置誘導(dǎo)輪1，栗進口管3套裝于誘導(dǎo)輪I的外側(cè)，栗進口管3的端面與離心輪2葉片葉頂端面組成葉頂間隙。墊片6位于栗進口管3與栗殼體7之間，實現(xiàn)對葉頂間隙大小的控制。螺母4與栗殼體7采用螺紋連接方式，通過擰緊螺母4壓緊栗進口管3進行軸向定位。栗進口管3與栗殼體7之間通過徑向壓縮橡膠密封圈5進行密封。栗主要零件，誘導(dǎo)輪為等螺距結(jié)構(gòu)，離心輪為無前蓋板，單圓弧直葉片設(shè)計，葉片與后蓋板為一體，離心輪為大葉片出口寬度、小葉頂間隙結(jié)構(gòu)。
【主權(quán)項】
1.一種半開式葉輪離心栗，包括誘導(dǎo)輪(1)、離心輪(2)、栗進口管(3)、螺母(4)、橡膠密封圈(5)、墊片(6)及栗殼體(7)， 其特征在于:離心輪(2)為半開式結(jié)構(gòu)，離心輪(2)前設(shè)置誘導(dǎo)輪(I)，栗進口管(3)套裝于誘導(dǎo)輪(I)的外側(cè)，栗進口管(3)的端面與離心輪(2)葉片葉頂端面組成葉頂間隙；墊片(6)位于栗進口管(3)與栗殼體(7)之間，實現(xiàn)對葉頂間隙大小的控制;螺母(4)與栗殼體(7)采用螺紋連接方式，通過擰緊螺母(4)壓緊栗進口管(3)進行軸向定位;栗進口管(3)與栗殼體(7)之間通過徑向壓縮橡膠密封圈(5)進行密封。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半開式葉輪離心栗，其特征在于:所述離心輪的葉片為單圓弧直葉片、誘導(dǎo)輪為等螺距結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2之任一權(quán)利要求所述的半開式葉輪離心栗，其特征在于:所述離心輪(2)的葉片出口寬度比理論計算葉片出口寬度增大1.5?2倍；離心輪葉頂間隙不大于.0.8mm.
【專利摘要】本發(fā)明為一種半開式葉輪離心泵，工作特性為小流量、高揚程。泵結(jié)構(gòu)采用前置誘導(dǎo)輪+無前蓋板的離心輪的結(jié)構(gòu)，離心輪不帶前蓋板減小了高轉(zhuǎn)速下圓盤摩擦損失，通過增大葉片出口寬度、采用小葉頂間隙的設(shè)計方法，既提高泵的理論揚程、也減小了離心輪內(nèi)的附面層損失，顯著提高了泵性能。通過設(shè)計無前蓋板離心輪的葉頂間隙為可調(diào)式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了泵性能可調(diào)，顯著提高了產(chǎn)品性能適應(yīng)性。本發(fā)明具有高轉(zhuǎn)速、高性能、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕等特點，適用于各種上面級火箭發(fā)動機渦輪泵裝置，應(yīng)用前景廣闊。
【IPC分類】F04D29/24, F04D29/08, F04D29/22, F04D29/42
【公開號】CN105526191
【申請?zhí)枴緾N201510907914
【發(fā)明人】毋杰, 張翠儒, 楊大昱, 劉軍年, 安莎, 徐楠, 張晶輝
【申請人】西安航天動力研究所
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月9日